¿Qué son los abrasivos? ¿Cuáles son sus tipos y características? Historia y áreas de uso

Historia.

El desarrollo de los abrasivos es paralelo al progreso tecnológico del hombre. Hasta el siglo XX, el progreso tecnológico del hombre fue lento. Un factor que contribuyó fue la falta de materiales abrasivos adecuados para aprovechar los avances en metalurgia, diseño de máquinas e ideas y técnicas de fabricación. Sin abrasivos de buena resistencia a la fractura, dureza y resistencia al desgaste, los fabricantes de herramientas y maquinistas tenían grandes dificultades para producir husillos, cojinetes, superficies de apoyo, guías de máquinas y otros elementos estructurales de máquinas herramienta. Las primeras máquinas herramienta no podían cumplir con los requisitos de alta velocidad, corte pesado y producción en masa de los métodos modernos.

La evidencia arqueológica indica que el pulido con arena y el frotado con piedra de armas y utensilios se intentaron entre el 25.000 y el 15.000 a. C. En la Edad del Hierro, el hombre fabricaba implementos frotando piedra contra hierro y bronce.

Miles de años después se descubrieron otros abrasivos naturales. Los diamantes, que tienen mejores propiedades de dureza y desgaste que la arenisca o la arena, se extrajeron por primera vez en la India alrededor del año 700 a. C. El esmeril probablemente se usó por primera vez como abrasivo alrededor del año 100 d. C., pero es posible que se haya usado cientos de años antes.

Durante la Edad Media, los eruditos registraron que se usaban muelas abrasivas de cuarzo y pedernal unidas naturalmente y que las piedras preciosas se superponían con abrasivos naturales entre placas de metal.

Çorundum fue descubierto en la India alrededor de 1825. De todos los abrasivos naturales, çorundum es el más cercano a los diamantes en dureza. Aproximadamente en este momento, se informó en India sobre el primer uso de una muela abrasiva natural adherida artificialmente. Contenía çorundum unido con resina de goma.

Los avances en las ciencias de los materiales de ingeniería y las aplicaciones de procesos de fabricación llevaron a la necesidad de mejores abrasivos. En 1891, Edward G. Acheson comercialmente produjo cristales de carburo de silicio (carborundo). Estos cristales solo superan a los diamantes en dureza. Los cristales de carburo de silicio producidos sintéticamente son superiores al esmeril y al corindón en cuanto a dureza, tenacidad y resistencia a la fractura. El uso de muelas abrasivas aglomeradas artificialmente de uso general y granos abrasivos sueltos de carburo de silicio condujo a grandes mejoras en las operaciones de fabricación de abrasivos.

En 1900, Charles Jacobs fabricó óxido de aluminio a partir de bauxita y desarrolló una técnica de templado que proporcionaba un abrasivo sintético con dureza y resistencia adecuadas para procesos abrasivos.

Los diamantes artificiales, que estuvieron disponibles para la industria en 1955, se usan ampliamente como granos abrasivos adheridos en capas delgadas a ruedas de metal o resinoides. El costo de los diamantes naturales y artificiales sigue siendo una limitación importante. El carburo de silicio, el óxido de aluminio y los diamantes naturales y artificiales son los principales abrasivos utilizados por la industria moderna.

Descripción física.

Cada abrasivo tiene características definidas de dureza, tenacidad y fractura. El rendimiento de abrasión de los abrasivos de diamante sintéticos y naturales es predecible. Esto no es cierto para otros abrasivos naturales porque las impurezas están presentes. Los diamantes son el material abrasivo más duro; el carburo de silicio ocupa el segundo lugar en dureza; y el óxido de aluminio es el tercero. La propiedad de dureza permite la penetración en el material de la pieza de trabajo. Los diamantes se utilizan para medir la dureza (resistencia al rayado) de otros materiales abrasivos. El carburo de silicio generalmente tiene menos fuerza corporal (dureza) y más friabilidad. Estas propiedades proporcionan una menor resistencia a la fractura del grano. El óxido de aluminio, que generalmente tiene más fuerza corporal y menos friabilidad, resiste el desgaste cuando se usa en materiales duros de alta resistencia a la tracción.

Las propiedades de resistencia y friabilidad del cuerpo varían según el tamaño del grano, la forma del grano y la estructura cristalina. Los granos abrasivos naturales, como el esmeril, el azafrán o la piedra pómez, no tienen una gran dureza, una gran resistencia en el filo del grano ni una gran resistencia en el cuerpo. En uso, se descomponen progresivamente. Sin embargo, estos abrasivos son muy adecuados para pulir y pulir bajo presiones de carga ligera.

El tamaño del grano es de suma importancia para las tasas de remoción o el acabado rápidos. Los tamaños de grano van desde el tamaño de malla 10 para una eliminación rápida del material hasta el tamaño de malla 600 y 1000 para lapear y pulir. El tamaño del grano abrasivo se determina al tamizar los granos a través de una serie de tamices con orificios de tamaño progresivamente más pequeño. Cuanto menor es el número de tamaño de grano, más grueso es el grano abrasivo.

Formas abrasivas.

La unión de granos abrasivos asegura el grano en una forma deseable, como en ruedas, piedras, palos o correas sin fin. El material de unión permite la liberación de granos desafilados y permite la fractura del grano para exponer nuevos bordes de corte afilados a la pieza de trabajo. Las muelas abrasivas suelen tener una construcción aglomerada vitrificada, de caucho o resinoide. En las bandas, discos y papeles abrasivos revestidos, el abrasivo se aplica a una superficie de respaldo en una capa delgada y se adhiere a la superficie. Los granos abrasivos sueltos que se transportan en medio de aire, agua o aceite son ejemplos de una forma no ligada. En todas las formas abrasivas, el tamaño y el tipo de grano abrasivo son importantes para lograr el resultado deseado de los procesos abrasivos.

Los abrasivos se agrupan en abrasivos naturales o sintéticos. Los abrasivos sintéticos son más importantes debido a su utilidad en la industria.

Abrasivos sintéticos: carburo de silicio.

Un compuesto de silicio y carbono tiene propiedades duras y friables adecuadas para moler piezas de trabajo densas, duras o quebradizas hechas de hierro fundido, cerámica, carburo, materiales no metálicos o no ferrosos. Se puede usar una variedad de formas abrasivas para producir superficies planas, diámetros externos e internos de tamaño preciso y acabados finos mediante cualquiera de las operaciones comunes de fabricación de abrasivos.

Oxido de aluminio.

El óxido de aluminio (alúmina) es menos duro y más resistente que el carburo de silicio. Debido a sus deseables características de fractura de grano, el óxido de aluminio es adecuado para moler materiales tenaces y de alta resistencia, como aleaciones y aceros para herramientas. Este abrasivo es adecuado para la obtención de acabados finos y para la eliminación de pequeñas cantidades de material mediante lapeado, bruñido, superacabado, pulido o pulido.

Diamantes artificiales.

Los diamantes producidos sintéticamente, que son casi carbono puro, son muy duros. Las principales aplicaciones de los abrasivos de diamante sintético son el rectificado de ruedas y el afilado de herramientas de corte de carburo de tungsteno y óxido de aluminio, y el rectificado de ruedas de rectificado de carburo de silicio y óxido de aluminio.

Aplicaciones de Abrasivos Sintéticos.

El carburo de silicio, el óxido de aluminio y los diamantes sintéticos se utilizan en una variedad de formas para fabricar cigüeñales, herramientas de corte, cojinetes y superficies funcionales de máquinas y dispositivos de sujeción de piezas de trabajo. El bruñido de los diámetros interiores del bloque de cilindros para mejorar la redondez, la rectitud y la conicidad es un ejemplo de una operación correctiva. El esmerilado de corte y enganche con discos abrasivos resistentes y aglomerados son operaciones preparatorias importantes en piezas fundidas, soldadas y forjadas. El lapeado con abrasivos sueltos suspendidos en aceite puede proporcionar dimensiones extremadamente precisas, corregir imperfecciones de forma, refinar el acabado y producir ajustes perfectos. Los engranajes acoplados, los bloques patrón y los rodamientos de bolas y de rodillos se superponen de esta manera. Las operaciones de pulido y pulido hacen uso de abrasivos sintéticos de grano fino en forma suelta, recubierta,

Abrasivos varios.

Los materiales abrasivos están disponibles como lana de acero, perdigones de acero y gránulos de vidrio. La lana de acero se utiliza para eliminar la corrosión y alisar piezas de metal. Se utilizan perdigones de acero y gránulos de vidrio para cambiar las características de la superficie golpeando la superficie de la pieza de trabajo.

Abrasivos naturales.

La sílice, que es dióxido de silicio, se presenta en forma de cuarzo, pedernal y ágata. Este abrasivo se puede usar suelto o adherido a papel, tambores de tela o correas.

El esmeril, que consiste principalmente en óxido de aluminio y óxido de hierro, se usa para pulir y pulir. Por lo general, se une a la tela, se recubre en rollos o se combina en barras sólidas o líquidas. El esmeril se coloca sobre tela, piel de oveja, discos de fibra y ruedas de fibra.

Tripoli es una sílice amorfa que contiene compuestos de hierro. Las piezas fundidas a presión, el aluminio, el cobre y el latón se pulen con trípoli. No se usa en metales ferrosos porque es demasiado blando para ellos.

El colorete es un material de óxido férrico que se utiliza para obtener una alta coloración en oro, cobre y latón. También se utiliza para pulir y pulir otros metales.

Crocus se compone principalmente de óxido de hierro en una forma menos refinada que el colorete. Se utiliza para pulir y pulir cubiertos. El paño Crocus está disponible para la eliminación y el pulido de metales ligeros.

La piedra pómez es una forma porosa y esponjosa de vidrio volcánico. En forma suelta o en bloques, se utiliza para pulir y pulir plásticos, vidrio y madera.

El gameto es un mineral duro, similar al vidrio, que consta de silicatos de calcio, hierro y magnesio. El papel granate, los discos y los rollos se utilizan para lijar productos de madera.

Los diamantes, que son casi 100 por ciento de carbono, se extraen como piedras preciosas y bort. Bort, que son piedras y fragmentos de diamante defectuosos de baja calidad, se trituran en tamaños de grano graduados para aplicaciones de esmerilado y pulido. Los fragmentos de diamante montados y las piedras defectuosas se utilizan para rectificar muelas abrasivas. Como herramientas de corte, se utilizan para procesos de remoción de material. Los discos de diamante aglomerado se utilizan para aserrar piedra, granito y hormigón para carreteras y pistas de aterrizaje para aerodeslizadores.

Usos Industriales.

Los abrasivos sintéticos y los abrasivos naturales, como el esmeril, el trípoli, la piedra pómez y el colorete, se utilizan para abrillantar y mejorar la superficie de una pieza de trabajo antes de enchapar o pintar. Los accesorios de plomería fundidos a presión, el hardware para automóviles, los productos de plástico moldeado y el acondicionamiento de acabado de herramientas industriales son aplicaciones importantes. Las correas sin fin y las ruedas pulidoras son ampliamente utilizadas. Las operaciones de trituración, voladura y volteo de impacto se realizan con abrasivos sintéticos o naturales. Las piedras de sílice y granito se utilizan cuando la pérdida de abrasivo es alta, como en la limpieza de edificios de mampostería y en la voladura de piezas fundidas para eliminar incrustaciones y óxidos. El abrasivo, en forma suelta, se mueve en una ráfaga de aire o líquido. Se utiliza una rectificadora de impacto ultrasónica cuando es importante un tamaño muy preciso.

Usos domésticos.

El papel de lija, un abrasivo común, se usa principalmente en el acabado de productos de madera. Una sílice graduada se recubre sobre papel o tela para formar láminas, cinturones y platos. Abrasivos similares pero más caros, como esmeril, granate o azafrán, están disponibles en forma de papel, cinta o eloth. La lana de acero se puede utilizar en el acabado de productos de madera y en la limpieza de implementos metálicos. La piedra pómez se utiliza para refinar el acabado de los gabinetes en el taller doméstico. Las varillas de carburo de silicio, las varillas de óxido de aluminio y las muelas abrasivas pequeñas son esenciales para mantener los bordes afilados de las herramientas del artesano en el hogar.

Los limpiadores domésticos, los agentes para pulir y los dentífricos pueden contener piedra pómez altamente refinada.

Preparación de Abrasivos Naturales y Sintéticos.

La fabricación de diamantes sintéticos se logra mediante el uso de un horno eléctrico y alta presión para llevar el carbono a las propiedades del diamante. El tamaño y clasificación de las partículas de diamante se logra pasando las partículas a través de una serie de filtros. La Oficina de Normas adoptó una Norma de tamices en 1931. La Asociación de Granos Abrasivos modificó estas normas y siguen en uso.

Los abrasivos naturales se extraen principalmente de la superficie de la tierra. Algunos abrasivos naturales, como la piedra pómez y el granate, requieren poco procesamiento adicional, excepto el triturado y la clasificación mediante la técnica del tamiz. La separación de un material abrasivo natural de las impurezas, como en el caso de los diamantes naturales, requiere un extenso ojo de lavado y precipitación. Los diamantes, que se extraen principalmente en África, tienen propiedades no humectantes y se les permite adherirse a los rodillos engrasados. Las impurezas o escorias suspendidas en un medio acuoso se humedecen fácilmente y no se adhieren a los rodillos engrasados. La piedra de diamante y el bort se cortan de los rollos y se separan de la grasa.